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JP2009508323A - Method for forming shallow grooves - Google Patents

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JP2009508323A
JP2009508323A JP2008518107A JP2008518107A JP2009508323A JP 2009508323 A JP2009508323 A JP 2009508323A JP 2008518107 A JP2008518107 A JP 2008518107A JP 2008518107 A JP2008518107 A JP 2008518107A JP 2009508323 A JP2009508323 A JP 2009508323A
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layer
silicon
porous silicon
forming
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JP2008518107A
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シエ,ヤーホン
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University of California
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University of California
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    • H10W10/0148

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Abstract

【課題】
【解決手段】例えば浅溝素子分離に利用される浅溝を形成する方法は、p型シリコン基板を提供するステップとp型シリコン基板に層を形成するステップとを具え、前記層がn型シリコン間に配置されているp型シリコンを具える。前記n型シリコンの間に配置されている前記p型シリコンに、次いで陽極酸化処理を行って多孔性シリコンを形成する。次いで、前記多孔性シリコン領域を酸化する。前記シリコン層の孔隙率を制御して、前記n型上端層の上側表面とほぼ同一平面、上又は下にある素子分離領域を形成する。例えば、陽極酸化処理時間を調整することによって、後退した断面形状の浅溝を得ることができ、隣接するデバイス間の素子分離が改良される。
【選択図】図2C
【Task】
For example, a method of forming a shallow trench used for shallow trench isolation includes the steps of providing a p-type silicon substrate and forming a layer on the p-type silicon substrate, wherein the layer is n-type silicon. It includes p-type silicon disposed in between. The p-type silicon disposed between the n-type silicons is then subjected to anodization to form porous silicon. Next, the porous silicon region is oxidized. By controlling the porosity of the silicon layer, an element isolation region is formed that is substantially flush with or above the upper surface of the n-type upper end layer. For example, by adjusting the anodizing time, a shallow groove having a receding cross-sectional shape can be obtained, and element isolation between adjacent devices is improved.
[Selection] Figure 2C

Description

本発明の分野は、半導体デバイスに浅溝(shallow trench)を形成する方法に関する。特に、本発明の分野は、例えば浅溝素子分離(STI)など電気的素子分離で使用する溝を作るプロセスに関する。   The field of the invention relates to methods for forming shallow trenches in semiconductor devices. In particular, the field of the invention relates to processes for making grooves for use in electrical element isolation, such as shallow groove element isolation (STI).

集積回路に配置する半導体デバイスサイズを小さくするために、半導体工業はますます活発になっている。例えば、現在の半導体製品は、回路密度を大きくする必要があり、これに対して小型化する必要がある。記録密度が大きくなり及びデバイスサイズが小さくなることに伴って、トランジスタなど半導体デバイス構造は、互いにより近接させて配置しなければならない。隣接するトランジスタを近接させるために、隣接するトランジスタ間に電気的素子分離構造を配置する方法の開発がなされている。いくつかの技術又は素子分離プロセスにより、集積半導体デバイスに必要な素子分離が提供される。   The semiconductor industry is becoming increasingly active to reduce the size of semiconductor devices placed on integrated circuits. For example, a current semiconductor product needs to have a high circuit density and needs to be miniaturized. As recording density increases and device size decreases, semiconductor device structures such as transistors must be placed closer together. In order to make adjacent transistors close to each other, a method of arranging an electrical element isolation structure between adjacent transistors has been developed. Several techniques or element isolation processes provide the element isolation required for integrated semiconductor devices.

そのプロセスの一つに、シリコンの選択酸化法(LOCOS)がある。LOCOSは、熱成長させたSiOパッドで、隣接するデバイスを分離している(例えば、CMOS構造中のPMOS及びNMOSトランジスタ)。選択酸化は窒化珪素(Si)を用いて、選択した領域でシリコンの酸化を防ぐことで行われる。次いで、このSiをエッチングにより除去して、続いて熱酸化を行う。LOCOSプロセスは、超大規模集積(VLSI)回路用の素子分離技術として広く利用されている。不利な点として、LOCOS素子分離プロセスは、記録密度を低減させてしまう公知の「バーズビーク」という問題のより小さいサブミクロン技術において、限界に直面している。 One of the processes is silicon selective oxidation (LOCOS). LOCOS is a thermally grown SiO 2 pad that separates adjacent devices (eg, PMOS and NMOS transistors in a CMOS structure). The selective oxidation is performed by using silicon nitride (Si 3 N 4 ) to prevent silicon from being oxidized in a selected region. Next, this Si 3 N 4 is removed by etching, followed by thermal oxidation. The LOCOS process is widely used as an element isolation technique for very large scale integration (VLSI) circuits. Disadvantageously, the LOCOS device isolation process faces limitations in the smaller submicron technology of the known “bird's beak” problem that reduces recording density.

浅溝素子分離(STI)として知られる代替的な素子分離技術又はプロセスが開発されて、隣接するCMOSトランジスタ間に電気的素子分離が行われている。STIでは、深さ約2500Åの浅溝を形成する。次いで、熱酸化を行い、浅溝を埋める。不利な点として、この充填プロセスで非平坦表面が形成されてしまい、この構造を平坦化するためには化学機械研磨(CMP)を必要とする。従って、従来のSTIプロセスは、1のマスクレベル、1の気相エッチングステップ、1の酸化ステップ、1のCMPステップを具える。前記酸化物の断面形状は、通常ドライエッチング条件によって制御される。   An alternative element isolation technique or process known as shallow trench element isolation (STI) has been developed to provide electrical element isolation between adjacent CMOS transistors. In STI, a shallow groove having a depth of about 2500 mm is formed. Next, thermal oxidation is performed to fill the shallow groove. Disadvantageously, this filling process creates a non-planar surface and requires chemical mechanical polishing (CMP) to planarize the structure. Thus, the conventional STI process comprises one mask level, one vapor phase etch step, one oxidation step, and one CMP step. The cross-sectional shape of the oxide is usually controlled by dry etching conditions.

使用プロセスにかかわらず、形成された素子分離構造は、隣接しているトランジスタ間のソース領域とドレイン領域間や、同様に、同じトランジスタのソース領域とドレイン領域間の(オフにした時)の素子分離の有効性によって特徴づけられる。特定の、素子分離構造の有効性についての重要な数的指標には、大電流が流れる前に前記構造が耐えることができる最大電圧、トランジスタが「オフ」のときのソースからドレインへのリーク電流、および短チャネル効果の大きさがある。   Regardless of the process used, the element isolation structure formed is the element between the source and drain regions between adjacent transistors, and similarly between the source and drain regions of the same transistor (when turned off). Characterized by the effectiveness of separation. An important numerical indicator of the effectiveness of a particular device isolation structure is the maximum voltage that the structure can withstand before high current flows, the source-to-drain leakage current when the transistor is “off” , And the magnitude of the short channel effect.

上述したように、従来のSTIプロセスはCMP平坦化ステップを含む。不利なことに、CMPプロセスは一般的に高価なプロセスであり、しばしば多くの制限を生む欠点を含んでいる。これらには残余スラリィ、表面空隙、及び表面粒子が含まれる。又、研磨を行う間に、小粒子又はその他の小片が研磨パッドと基板表面との間に捕捉されると、マイクロスクラッチが形成される。   As described above, the conventional STI process includes a CMP planarization step. Disadvantageously, the CMP process is generally an expensive process and often includes drawbacks that create many limitations. These include residual slurry, surface voids, and surface particles. Also, during polishing, microscratches are formed when small particles or other small pieces are trapped between the polishing pad and the substrate surface.

そこで、CMP平坦化ステップを必要としないSTIに基づくプロセスが求められている。このプロセスは、CMPに基づくプロセスによる形状と比較すると、基板上に完全な又はほぼ完全な平坦形状を形成できる。さらに、電気的特徴を改良するため、溝の断面形状を調整する能力のある、代替のSTI構造形成プロセスが求められている。   Thus, there is a need for an STI-based process that does not require a CMP planarization step. This process can form a complete or nearly perfect flat shape on the substrate as compared to the shape from a CMP based process. Furthermore, there is a need for an alternative STI structure formation process capable of adjusting the cross-sectional shape of the groove to improve electrical characteristics.

本発明の一態様では、基板中に素子分離構造を形成する方法は、p型シリコン基板を提供するステップと、p型シリコン基板上にn型層を形成するステップを具える。このn型層は例えばイオン注入によって形成できる。n型層上に二酸化珪素(SiO)層を堆積させて、次いで窒化珪素(Si)層を形成する。この窒化珪素層及び二酸化珪素層を選択的に除去して、そこにn型層の一部を露出するように、素子分離構造(例えば、浅溝)を位置させる。そして、n型層にイオン注入して、p型領域を形成する。次いで、p型領域に多孔性シリコンを形成する。次いで、この多孔性シリコンを酸化して、素子分離構造を形成する。 In one aspect of the present invention, a method for forming an isolation structure in a substrate includes providing a p-type silicon substrate and forming an n-type layer on the p-type silicon substrate. This n-type layer can be formed by ion implantation, for example. A silicon dioxide (SiO 2 ) layer is deposited on the n-type layer, and then a silicon nitride (Si 3 N 4 ) layer is formed. The silicon nitride layer and the silicon dioxide layer are selectively removed, and an element isolation structure (for example, a shallow groove) is positioned so that a part of the n-type layer is exposed there. Then, ions are implanted into the n-type layer to form a p-type region. Next, porous silicon is formed in the p-type region. Next, the porous silicon is oxidized to form an element isolation structure.

本発明の別の態様では、基板中に素子分離構造を形成する方法は、p型シリコン基板を提供するステップと、このp型シリコン基板上の二酸化珪素層を形成し、この二酸化珪素層上の窒化珪素層を形成するステップを具える。マスクをp型シリコン基板上に設ける。二酸化珪素層及び窒化珪素層の少なくとも一部を除去する。それから、露出したp型シリコン基板層にn型イオン注入を行って、p型領域の近傍にn型領域を形成する。次いで、p型領域を多孔性シリコンに変化させる。次いでこの多孔性シリコンを酸化させて、素子分離構造を形成する。   In another aspect of the present invention, a method for forming an element isolation structure in a substrate includes providing a p-type silicon substrate, forming a silicon dioxide layer on the p-type silicon substrate, and on the silicon dioxide layer. Forming a silicon nitride layer. A mask is provided on the p-type silicon substrate. At least part of the silicon dioxide layer and the silicon nitride layer is removed. Then, n-type ion implantation is performed on the exposed p-type silicon substrate layer to form an n-type region in the vicinity of the p-type region. Next, the p-type region is changed to porous silicon. Next, the porous silicon is oxidized to form an element isolation structure.

本発明の別の態様では、基板中に素子分離構造を形成する方法は、p型シリコン基板を提供するステップと、p型シリコン基板上に上端層を形成するステップを具え、当該上端層には、n型シリコン間に配置されたp型シリコンを具える。次いで、前記上端層のp型シリコン領域に多孔性シリコンが形成される。次いで多孔性シリコンを酸化させて、素子分離構造を形成する。   In another aspect of the present invention, a method for forming an element isolation structure in a substrate includes the steps of providing a p-type silicon substrate and forming an upper end layer on the p-type silicon substrate. , P-type silicon disposed between n-type silicon. Next, porous silicon is formed in the p-type silicon region of the upper end layer. Next, the porous silicon is oxidized to form an element isolation structure.

本発明の一態様では、この酸化多孔性シリコンは、n型層の上側表面とほぼ同一平面上にある。本発明の別の態様では、素子分離構造を形成するのに使用したこの酸化多孔性シリコンは、n型層の上側表面の上方に突き出している。本発明のさらに別の態様では、素子分離構造を形成するのに使用した酸化多孔性シリコンは、n型層の上側表面の下方に窪んでいる。上述した構成は多孔性シリコンの孔隙率を制御することで達成できる。   In one aspect of the invention, the oxidized porous silicon is substantially coplanar with the upper surface of the n-type layer. In another aspect of the invention, the oxidized porous silicon used to form the device isolation structure protrudes above the upper surface of the n-type layer. In yet another aspect of the present invention, the oxidized porous silicon used to form the element isolation structure is recessed below the upper surface of the n-type layer. The above-described configuration can be achieved by controlling the porosity of porous silicon.

添付図面と最良の形態の記載を参照すると、さらなる特性及び利点が明らかになる。   Further characteristics and advantages will become apparent with reference to the attached drawings and description of the best mode.

図1は、ここに記載されている溝形成方法によって形成した半導体デバイス2の断面図を示す。図1は、基板6上に形成されたCMOSトランジスタ4形態の半導体デバイス2を示す。トランジスタ4は、ゲート酸化領域8と、この上に在るゲート電極10を具える。トランジスタ4は、ソース12領域及びドレイン14領域と、この間であってゲート酸化領域8の下にこれに対応するチャネル領域16を具えている。図1を参照すると、半導体デバイス2は、トランジスタ4の全側面に配置した素子分離領域を具える(図1には、このうちの2つの領域18、20が示されている)。素子分離領域18、20は、図1に示すような浅溝の形をとることができ、トランジスタ4(例えば、ソース及びドレイン領域12、14)を隣接しているトランジスタ4(図示せず)から素子分離するのに役立つ。   FIG. 1 shows a cross-sectional view of a semiconductor device 2 formed by the groove formation method described herein. FIG. 1 shows a semiconductor device 2 in the form of a CMOS transistor 4 formed on a substrate 6. Transistor 4 comprises a gate oxide region 8 and a gate electrode 10 overlying it. Transistor 4 comprises a source 12 region and a drain 14 region and a corresponding channel region 16 below and below gate oxide region 8. Referring to FIG. 1, the semiconductor device 2 includes element isolation regions arranged on all side surfaces of the transistor 4 (two regions 18 and 20 are shown in FIG. 1). The element isolation regions 18 and 20 can take the form of shallow grooves as shown in FIG. 1, and the transistor 4 (for example, the source and drain regions 12 and 14) is separated from the adjacent transistor 4 (not shown). Useful for element isolation.

図2A、2B、2C、及び2Dは基板30と、単一の素子分離領域31(例えば、図1に示す素子分離領域18、20と図2Dの素子分離領域31)を形成する関連する層の断面図である。図2A乃至2Dは単一の素子分離領域31の構造を示す図であるが、ここに記載したプロセス及び方法によって、単一の基板30の上に複数の素子分離領域31を形成することもできる。   2A, 2B, 2C, and 2D show the substrate 30 and associated layers that form a single device isolation region 31 (eg, device isolation regions 18 and 20 shown in FIG. 1 and device isolation region 31 of FIG. 2D). It is sectional drawing. 2A to 2D are diagrams showing the structure of a single element isolation region 31, but a plurality of element isolation regions 31 may be formed on a single substrate 30 by the processes and methods described herein. .

図2Aを参照すると、p型シリコン基板30が設けられている。次いでp型シリコン基板30に(図2Aの矢印を参照)、p型基板30を過補償するようにn型イオン注入を行い、n型シリコンの表面層32を形成する。n型表面層32のドーピング濃度は、下に在るp型シリコン基板30のドーピング濃度よりわずかに高い。次いで、注入ドーパントを活性化させるために、n型表面層32を含む基板30に熱アニール処理を行う。この方法の一態様では、形成されたn型層32の厚さtは、素子分離領域31(浅溝)に必要とされる厚さ又は深さより大きい。しかし、本発明の代替的な態様では、このn型層の厚さは最終の酸化物の厚さより薄い。この構造は、酸化領域断面形状の後退を必要とする多くの回路(例えば、図2C及び図2Dに図示する)に望ましい。本発明の別の態様では、ブランクSiOマスク層(図示せず)を使用して、素子分離領域31の形状を制御している。このような形で、ブランクSiOマスク層を用いることは、半導体製造プロセスの当業者には公知である。 Referring to FIG. 2A, a p-type silicon substrate 30 is provided. Next, n-type ion implantation is performed on the p-type silicon substrate 30 (see the arrow in FIG. 2A) so as to overcompensate the p-type substrate 30, thereby forming a surface layer 32 of n-type silicon. The doping concentration of the n-type surface layer 32 is slightly higher than the doping concentration of the underlying p-type silicon substrate 30. Next, a thermal annealing process is performed on the substrate 30 including the n-type surface layer 32 in order to activate the implanted dopant. In one aspect of this method, the thickness t n of the formed n-type layer 32 is greater than the thickness or depth required for the element isolation region 31 (shallow trench). However, in an alternative aspect of the invention, the thickness of this n-type layer is less than the final oxide thickness. This structure is desirable for many circuits (eg, illustrated in FIGS. 2C and 2D) that require retraction of the oxide region cross-sectional shape. In another aspect of the present invention, a blank SiO 2 mask layer (not shown) is used to control the shape of the element isolation region 31. The use of a blank SiO 2 mask layer in this manner is known to those skilled in the semiconductor manufacturing process.

ここで図2Bを参照すると、比較的薄い酸化物又はパッド層34が、露出しているn型表面層32上に堆積されている。好ましい本発明の一態様では、パッド層34の厚さは、約100Åである。パッド層34は、これより厚いSi層36(例えば、Siを含む層)の下にある。例えばLPCVD技術を利用して、Si層36が基板30上に堆積される。このプロセスの一態様では、Si層36の厚さは、約1000Åである。パッド酸化層24とSi層36を組み合わせることは、シリコンVLSI業界では公知である。 Referring now to FIG. 2B, a relatively thin oxide or pad layer 34 is deposited on the exposed n-type surface layer 32. In a preferred embodiment of the present invention, the thickness of the pad layer 34 is about 100 inches. The pad layer 34 is under a thicker Si 3 N 4 layer 36 (eg, a layer containing Si 3 N 4 ). For example, a Si 3 N 4 layer 36 is deposited on the substrate 30 using LPCVD technology. In one aspect of this process, the thickness of the Si 3 N 4 layer 36 is about 1000 mm. Combining the pad oxide layer 24 and the Si 3 N 4 layer 36 is well known in the silicon VLSI industry.

次に、SiO/Siスタックを、フォトレジスト層38を用いてパターニングし、基板30をエッチングして、素子分離領域31(例えば、溝)を露出させる領域又は部分を露出させる。例えば、従来のLOCOSプロセスで用いられている技術によって、素子分離領域31を露出する、又は素子分離領域31を利用できるようにする。次に、基板30にp型イオン注入をして(図2Bに矢印で示す)、素子分離領域31を形成するのに用いたシリコン39領域をp型シリコンへと変換する。p型イオン注入は、n型層32のドーピングレベルを過補償する一回のドーズ量又は複数回のドーズ量で行うことが好ましい。層32の厚さを通してドーピング濃度を十分に均一にするためには、複数回のエネルギィ注入が必要である。p型イオン注入に次いで、フォトレジスト層38を除去し、次いで基板30に熱アニール処理を施してドーパントを活性化する。 Next, the SiO 2 / Si 3 N 4 stack is patterned using the photoresist layer 38, and the substrate 30 is etched to expose a region or a portion exposing the element isolation region 31 (for example, a groove). For example, the element isolation region 31 is exposed or made available by a technique used in the conventional LOCOS process. Next, p-type ion implantation is performed on the substrate 30 (indicated by an arrow in FIG. 2B) to convert the silicon 39 region used to form the element isolation region 31 into p-type silicon. The p-type ion implantation is preferably performed with a single dose or multiple doses that overcompensate the doping level of the n-type layer 32. In order to achieve a uniform doping concentration throughout the thickness of layer 32, multiple energy injections are required. Following the p-type ion implantation, the photoresist layer 38 is removed, and then a thermal annealing process is performed on the substrate 30 to activate the dopant.

ここで図2Cを参照すると、基板30に次いで陽極酸化処理を行い、イオン注入によって形成したp型領域39中に多孔性シリコン40を選択的に形成する。多孔性シリコン40は、孔によって浸透するシリコン網状構造を具えている。多くの既知の多孔性シリコンの形成方法を、ここに記載されている方法に利用できる。例えば、p型シリコンの電気化学的陽極酸化処理は、フッ化水素酸(HF)ベースの電解質を使用して、タンク又はセルで行うことができる。例えば、単一のタンク又は二重タンクセルを使用して、電気化学的陽極酸化処理を行ってもよい。この単一のタンク及び二重タンクセルは、多孔性シリコンの形成装置として公知であるため、ここに詳細は記載しないものとする。   Referring now to FIG. 2C, the substrate 30 is then anodized to selectively form porous silicon 40 in the p-type region 39 formed by ion implantation. The porous silicon 40 comprises a silicon network that penetrates through the pores. Many known methods for forming porous silicon are available for the methods described herein. For example, electrochemical anodization of p-type silicon can be performed in a tank or cell using a hydrofluoric acid (HF) based electrolyte. For example, electrochemical anodization may be performed using a single tank or a double tank cell. Since the single tank and the double tank cell are known as a porous silicon forming apparatus, details thereof will not be described here.

本発明の好適な態様では、p型領域39に形成される多孔性シリコン40の特性を、特定の素子分離領域31用に制御または最適化することができる。例えば、陽極酸化処理プロセスを調整して、所定の物理的特性を有する多孔性シリコン40を提供するようにしてもよい。この物理的特徴とは、たとえば、孔及び枝のサイズ、シリコンの孔隙率、孔及び枝の方向性、及び多孔性シリコン40の全体厚などである。一般にこれらのパラメータは、p型層を形成するために使用するドーピングの量及び種類、電解質の濃度(例えば、フッ化水素濃度)、電解質のpH、陽極酸化処理電流密度、陽極酸化処理時間によって制御できる。   In a preferred embodiment of the present invention, the characteristics of the porous silicon 40 formed in the p-type region 39 can be controlled or optimized for a specific element isolation region 31. For example, the anodizing process may be adjusted to provide porous silicon 40 having predetermined physical characteristics. These physical characteristics include, for example, the size of the holes and branches, the porosity of the silicon, the orientation of the holes and branches, and the overall thickness of the porous silicon 40. In general, these parameters are controlled by the amount and type of doping used to form the p-type layer, electrolyte concentration (eg, hydrogen fluoride concentration), electrolyte pH, anodizing current density, and anodizing time. it can.

前記プロセスの一態様では、酸化物フィールド31とn型層32との間に、ほぼ平坦な形状が所望される(すなわち、多孔性シリコン40の上端部はn型層32の上端部とほぼ同一平面上にある)。この実施形態では、多孔性シリコン40は、孔隙率が約50%乃至約60%範囲内であり、より好ましくは孔隙率約55%である。これは、シリコンの体積が酸化処理の際に約2.2倍に大きくなるためである。   In one aspect of the process, a substantially flat shape is desired between the oxide field 31 and the n-type layer 32 (ie, the upper end of the porous silicon 40 is substantially the same as the upper end of the n-type layer 32). On the plane). In this embodiment, the porous silicon 40 has a porosity in the range of about 50% to about 60%, more preferably a porosity of about 55%. This is because the volume of silicon becomes about 2.2 times larger during the oxidation process.

ここで図2Dを参照すると、次いで基板30に酸化処理下を行う。酸化処理は、例えば、酸化剤を含有する環境中に基板30を浸すステップ、および/または、酸素を含有する環境中に高温で基板30を保持するステップを具える。代替的に、光酸化処理又は当業者に公知であるその他の公知技術を利用することもできる。酸化処理プロセスの間に、多孔性シリコン40を含む領域を完全に酸化して、バルク基板30の酸化物の厚さが、例えば100Åオーダと、最小の状態であることが好ましい。加えて、酸化プロセスの間に、Siマスク層36の端部領域で酸化が起こり、「バードビーク」として既知である構造又は突起が形成される。酸化処理による侵食と同様に、通常のイオン注入プロセスにおける注入する深さに伴って、側面ストラッグルが自然に増えることで、素子分離領域31(例えば、素子分離溝)の断面形状が「砂時計(hour glass)」形状になる。一般に、「砂時計(hour glass)」断面形状は、隣接する半導体デバイス2(例えば、トランジスタ)間に、より良好な素子分離を提供する一方で、活性化したシリコン領域の周辺に沿った高電界領域の形成を妨げてしまう。 Referring now to FIG. 2D, the substrate 30 is then subjected to an oxidation process. The oxidation treatment includes, for example, immersing the substrate 30 in an environment containing an oxidant and / or holding the substrate 30 at a high temperature in an environment containing oxygen. Alternatively, photooxidation or other known techniques known to those skilled in the art can be utilized. During the oxidation process, it is preferable that the region including the porous silicon 40 is completely oxidized so that the oxide thickness of the bulk substrate 30 is at a minimum, for example, on the order of 100 mm. In addition, during the oxidation process, oxidation occurs in the edge regions of the Si 3 N 4 mask layer 36 to form structures or protrusions known as “bird beaks”. Similar to the erosion due to the oxidation treatment, the side struggle naturally increases with the implantation depth in the normal ion implantation process, so that the cross-sectional shape of the element isolation region 31 (for example, the element isolation groove) becomes “hourglass (hour glass) ”shape. In general, the “hour glass” cross-sectional shape provides better element isolation between adjacent semiconductor devices 2 (eg, transistors) while providing a high field region along the periphery of the activated silicon region. Will prevent the formation of.

前記プロセスの代替的な態様では、隣接するn型シリコン層32の上方に突き出した又は下方に窪んだ素子分離領域31を形成することが所望される。これは、陽極酸化処理ステップの間に、多孔性シリコン40の孔隙率を制御することでつくることができる。さらに、図2C及び2Dで示すように、素子分離領域31の最も下の領域が後退する量又は度合い、又、「バーズビーク」を形成する範囲は、酸化処理条件を制御することで調整することができる。例えば、後退の度合いは、陽極酸化処理時間の制御によって制御できる。半導体デバイス2のソース領域及びドレイン領域12、14下に素子分離領域31を後退させることは、ソース/ドレインから基板へのキャパシタンスを減らすことになる。   In an alternative aspect of the process, it is desirable to form an isolation region 31 that protrudes above or is depressed below the adjacent n-type silicon layer 32. This can be created by controlling the porosity of the porous silicon 40 during the anodization step. Further, as shown in FIGS. 2C and 2D, the amount or degree of the lowermost region of the element isolation region 31 that recedes, and the range in which the “bird's beak” is formed can be adjusted by controlling the oxidation treatment conditions. it can. For example, the degree of retreat can be controlled by controlling the anodizing time. Retreating the element isolation region 31 under the source and drain regions 12 and 14 of the semiconductor device 2 reduces the capacitance from the source / drain to the substrate.

本発明の別の態様では、図2Dに示す酸化ステップの前又は後のどちらかにチャネルストップインプラント(図示せず)を任意に形成することができる。半導体デバイス2を形成する場合に、上述のプロセスに続いて、例えばp型イオン注入など従来のプロセスを用いてpタブ及びnタブを分離するプロセスを行うことができる。最終的に、半導体デバイス2が電界効果トランジスタ(FET)を形成する場合には、もう一つのフォトリソグラフィレベルを追加することで、浅溝31に連接しており、チャネル領域下に直接配置して短チャネル効果を最小にする酸化縞(ストライプ)又は同様の構造を形成することができる。   In another aspect of the invention, a channel stop implant (not shown) can optionally be formed either before or after the oxidation step shown in FIG. 2D. When forming the semiconductor device 2, the process described above can be followed by a process of separating the p and n tabs using a conventional process such as p-type ion implantation. Finally, when the semiconductor device 2 forms a field effect transistor (FET), it is connected to the shallow groove 31 by adding another photolithography level, and is arranged directly under the channel region. Oxide stripes or similar structures can be formed that minimize the short channel effect.

前記プロセスの重要な特徴の一つは、浅溝の断面形状を、孔隙率及び多孔性領域の深さを制御することによって調節できることである。最新のVLSIでは、個々のトランジスタの寸法は100nmのオーダである。このような小さい寸法のために、浅溝のひずみがFETチャネル領域のひずみに重大な影響を与えることがある。酸化処理によって形成される浅溝によって、チャネル領域に加わる圧力が圧縮される。p−MOSFETsの中の正孔の移動度を改良するために圧縮されてひずんだチャネル領域が示されている。このチャネル領域のひずみは、溝の断面の孔隙率及び形状を制御することによって、ゼロから十分に圧縮されるまで調節できる。これは前記プロセスのもう一つの利点である。   One important feature of the process is that the cross-sectional shape of the shallow groove can be adjusted by controlling the porosity and the depth of the porous region. In the latest VLSI, the dimensions of individual transistors are on the order of 100 nm. Because of these small dimensions, shallow groove strain can have a significant effect on FET channel region strain. The pressure applied to the channel region is compressed by the shallow groove formed by the oxidation treatment. Shown are channel regions compressed and distorted to improve hole mobility in p-MOSFETs. This strain in the channel region can be adjusted from zero to full compression by controlling the porosity and shape of the groove cross section. This is another advantage of the process.

図3A、3B及び3Cは、一又はそれ以上の素子分離領域31を形成するための代替的なプロセスを示す図である。図2A乃至2Dに開示したプロセスとは異なって、素子分離領域31を単一のイオン注入ステップ(n型)を用いて形成できる。n型シリコンをp型へ変換するための第2イオン注入ステップは必要としない。図3Aを参照すると、p型シリコン基板50には、Siイオン注入スクリーニング層54によって覆われた比較的薄いパッド酸化物層52が設けられている。マスク56は、素子分離領域31を形成する位置に、Siイオン注入スクリーニング層54上に設けられている。 3A, 3B, and 3C are diagrams illustrating an alternative process for forming one or more element isolation regions 31. FIG. Unlike the process disclosed in FIGS. 2A to 2D, the element isolation region 31 can be formed using a single ion implantation step (n-type). There is no need for a second ion implantation step to convert n-type silicon to p-type. Referring to FIG. 3A, a p-type silicon substrate 50 is provided with a relatively thin pad oxide layer 52 covered with a Si 3 N 4 ion implantation screening layer 54. The mask 56 is provided on the Si 3 N 4 ion implantation screening layer 54 at a position where the element isolation region 31 is formed.

図3Bを参照すると、次いで基板50に、n型イオン注入をする(図3Bに矢印で示す)。このステップの間に、基板50の露出した領域の上端表面層58はn型シリコンに変換する。ドーピング濃度を上端層を通してほぼ均一にするためには、複数回のエネルギィ注入が必要である。マスク56下に位置する基板50部分60はn型シリコンに変換されない(p型の状態のままである)。次いで、基板50に、図2A乃至2Dに関して詳細に上述したように、陽極酸化処理プロセスと次の酸化処理ステップを行って、素子分離領域31に多孔性シリコンを形成する。図3A乃至3Dに記載したプロセスは、狭い素子分離領域31(例えば、溝)を形成するのに特に有用である。なぜならイオン注入によるゼロではない側面のストラッグルが、後退した注入形状を生じさせるからである。結果として生じるp領域は、従ってマスクの幅より小さくなる(すなわち、狭い)。   Referring to FIG. 3B, the substrate 50 is then n-type ion implanted (indicated by an arrow in FIG. 3B). During this step, the exposed top surface layer 58 of the substrate 50 is converted to n-type silicon. In order to make the doping concentration substantially uniform throughout the top layer, multiple energy injections are required. Substrate 50 portion 60 located under mask 56 is not converted to n-type silicon (it remains p-type). Next, as described in detail above with reference to FIGS. 2A to 2D, the substrate 50 is subjected to an anodizing process and a subsequent oxidizing process step to form porous silicon in the element isolation region 31. The process described in FIGS. 3A to 3D is particularly useful for forming narrow element isolation regions 31 (eg, trenches). This is because non-zero side struggles by ion implantation result in a recessed implant shape. The resulting p-region is therefore smaller (ie, narrower) than the width of the mask.

従来の方法以上にここに記載の方法に利点があるのは、これらは次に行うCMPプロセスを必要としないからである。CMPプロセスは一般的に高価なプロセスであり、しばしば収率を制限する欠点を多く含んでいる。ここに開示するプロセスによって、完全に又はほぼ完全な平坦形状の素子分離領域を形成することができる。さらに、前記プロセスによれば、素子分離領域の断面を調節することで電子処理能力を最適化することができる。   The advantages of the methods described here over conventional methods are that they do not require a subsequent CMP process. The CMP process is generally an expensive process and often includes many disadvantages that limit yield. By the process disclosed here, a completely or almost completely flat element isolation region can be formed. Further, according to the process, the electronic processing capability can be optimized by adjusting the cross section of the element isolation region.

本発明の実施形態を図説し記載する一方で、本発明の範囲から外れることなく様々な修正を行いうる。それゆえ、本発明はクレーム及びこの均等物に限定されるものではない。   While embodiments of the invention have been illustrated and described, various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Therefore, the present invention is not limited to the claims and their equivalents.

図1は、ここに開示された溝形成方法によって構成された半導体デバイスの一の実施形態の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of one embodiment of a semiconductor device constructed by the trench formation method disclosed herein. 図2Aは、本発明の一の実施形態による半導体デバイスに浅溝を形成するステップを説明する図である。FIG. 2A is a diagram illustrating a step of forming a shallow groove in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図2Bは、本発明の一の実施形態による半導体デバイスに浅溝を形成するステップを説明する図である。FIG. 2B is a diagram illustrating a step of forming a shallow groove in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図2Cは、本発明の一の実施形態による半導体デバイスに浅溝を形成するステップを説明する図である。FIG. 2C is a diagram illustrating a step of forming a shallow groove in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図2Dは、本発明の一の実施形態による半導体デバイスに浅溝を形成するステップを説明する図である。FIG. 2D is a diagram illustrating a step of forming a shallow groove in a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図3Aは、本発明の他の実施形態による半導体デバイスに浅溝を形成するステップを説明する図である。FIG. 3A is a diagram illustrating a step of forming a shallow groove in a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. 図3Bは、本発明の他の実施形態による半導体デバイスに浅溝を形成するステップを説明する図である。FIG. 3B is a diagram illustrating a step of forming a shallow groove in a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. 図3Cは、本発明の他の実施形態による半導体デバイスに浅溝を形成するステップを説明する図である。FIG. 3C illustrates a step of forming a shallow groove in a semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

Claims (20)

基板に素子分離構造を形成する方法が:
a)p型シリコン基板にn型層を形成するステップと;
b)前記n型層上にSiを含む層を配設するステップと;
c)前記Siを含む層の少なくとも一部を除去することによって、前記n型層の少なくとも一部を露出させるステップと;
d)露出した前記n型層の一部にp型イオン注入をして、p型領域を形成するステップと、熱アニール処理を施すステップと;
e)ステップ(d)の前記p型領域に多孔性シリコンを形成するステップと;及び
f)前記多孔性シリコンの少なくとも一部を酸化するステップ;
とを具えることを特徴とする素子分離構造を形成する方法。
A method of forming an element isolation structure on a substrate includes:
a) forming an n-type layer on a p-type silicon substrate;
b) disposing a layer containing Si 3 N 4 on the n-type layer;
c) exposing at least part of the n-type layer by removing at least part of the layer comprising Si 3 N 4 ;
d) performing a p-type ion implantation on a part of the exposed n-type layer to form a p-type region; and performing a thermal annealing process;
e) forming porous silicon in the p-type region of step (d); and f) oxidizing at least a portion of the porous silicon;
A method of forming an element isolation structure comprising:
請求項1に記載の方法がさらに、前記基板から前記Siを含む層を除去するステップを具えることを特徴とする方法。 The method of claim 1 further comprising the step of removing the Si 3 N 4 containing layer from the substrate. 請求項1に記載の方法において、前記酸化多孔性シリコンが前記n型層の上側表面とほぼ同一平面上にあることを特徴とする方法。   2. The method of claim 1, wherein the oxidized porous silicon is substantially coplanar with the upper surface of the n-type layer. 請求項1に記載の方法において、前記酸化多孔性シリコンが前記n型層の上側表面の上方に突き出していることを特徴とする方法。   2. The method of claim 1 wherein the oxidized porous silicon protrudes above the upper surface of the n-type layer. 請求項1に記載の方法において、前記酸化多孔性シリコンが前記n型層の上側表面の下方に窪んでいることを特徴とする方法。   2. The method of claim 1, wherein the oxidized porous silicon is recessed below the upper surface of the n-type layer. 請求項1に記載の方法において、前記n型層の厚さが前記酸化多孔性シリコンの厚さより薄いことを特徴とする方法。   2. The method of claim 1, wherein the thickness of the n-type layer is less than the thickness of the oxidized porous silicon. 請求項1に記載の方法において、多孔性シリコンが陽極酸化処理によって形成されることを特徴とする方法。   The method of claim 1, wherein the porous silicon is formed by anodization. 請求項1に記載の方法において、前記n型層が前記p型シリコン基板にn型イオン注入することによって形成されることを特徴とする方法。   2. The method of claim 1, wherein the n-type layer is formed by n-type ion implantation into the p-type silicon substrate. 請求項1に記載の方法において、前記素子分離構造がより低く後退した部分を含むことを特徴とする方法。   2. The method of claim 1, wherein the isolation structure includes a lower recessed portion. 基板に素子分離構造を形成する方法が:
a)p型シリコン基板上に、Siを含む層を配設するステップと;
b)前記p型シリコン基板上にマスクを設けるステップと;
c)前記Siを含む層の少なくとも一部を除去するステップと;
d)露出したp型シリコン基板層にn型イオン注入を行って、p型領域の近傍にn型領域を形成するステップと;
e)ステップ(d)の前記p型領域に多孔性シリコンを形成するステップと;及び
f)前記多孔性シリコンの少なくとも一部を酸化するステップ;
とを具えることを特徴とする素子分離構造を形成する方法。
A method of forming an element isolation structure on a substrate includes:
a) disposing a layer containing Si 3 N 4 on a p-type silicon substrate;
b) providing a mask on the p-type silicon substrate;
c) removing at least part of the layer comprising Si 3 N 4 ;
d) performing n-type ion implantation on the exposed p-type silicon substrate layer to form an n-type region in the vicinity of the p-type region;
e) forming porous silicon in the p-type region of step (d); and f) oxidizing at least a portion of the porous silicon;
A method of forming an element isolation structure, comprising:
請求項10に記載の方法がさらに、前記基板から前記Siを含む層を除去するステップを具えることを特徴とする方法。 The method of claim 10 further, the method characterized by comprising the step of removing the layer containing the Si 3 N 4 from the substrate. 請求項10に記載の方法において、前記酸化多孔性シリコンが前記n型層の上側表面とほぼ同一平面上にあることを特徴とする方法。   11. The method of claim 10, wherein the oxidized porous silicon is substantially coplanar with the upper surface of the n-type layer. 請求項10に記載の方法において、前記酸化多孔性シリコンが前記n型層の上側表面の上方に突き出していることを特徴とする方法。   11. The method of claim 10, wherein the oxidized porous silicon protrudes above the upper surface of the n-type layer. 請求項10に記載の方法において、前記酸化多孔性シリコンが前記n型層の上側表面の下方に窪んでいることを特徴とする方法。   11. The method of claim 10, wherein the oxidized porous silicon is recessed below the upper surface of the n-type layer. 請求項10に記載の方法において、前記素子分離構造が後退した断面形状を有することを特徴とする方法。   The method according to claim 10, wherein the element isolation structure has a receding cross-sectional shape. 請求項10に記載の方法において、多孔性シリコンが陽極酸化処理によって形成されることを特徴とする方法。   The method according to claim 10, wherein the porous silicon is formed by anodization. 請求項1に記載の方法によって作られることを特徴とする半導体デバイス。   A semiconductor device made by the method of claim 1. 請求項10に記載の方法によって作られることを特徴とする半導体デバイス。   A semiconductor device made by the method of claim 10. 基板に素子分離構造を形成する方法が:
a)p型シリコン基板の上端に層を形成するステップにおいて、前記層がn型シリコンの間に配置されているp型シリコンを具えるステップと;
b)ステップ(a)で形成した前記p型シリコン部分に多孔性シリコンを形成するステップと;及び
c)前記多孔性シリコンの少なくとも一部を酸化するステップ;
とを具えることを特徴とする方法。
A method of forming an element isolation structure on a substrate includes:
a) forming a layer on top of a p-type silicon substrate, the layer comprising p-type silicon disposed between n-type silicon;
b) forming porous silicon on the p-type silicon portion formed in step (a); and c) oxidizing at least a portion of the porous silicon;
A method characterized by comprising:
請求項19に記載の方法において、前記酸化多孔性シリコンが前記n型層上側表面とほぼ同一平面上にあることを特徴とする方法。   The method of claim 19, wherein the oxidized porous silicon is substantially coplanar with the upper surface of the n-type layer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012517698A (en) * 2009-02-06 2012-08-02 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Ion implanted substrate with capping layer and method

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50141285A (en) * 1974-04-30 1975-11-13
JPS51279A (en) * 1974-06-18 1976-01-05 Matsushita Electric Industrial Co Ltd Handotaishusekikairokitaino seizohoho
JPS6094738A (en) * 1983-10-28 1985-05-27 Matsushita Electric Works Ltd Semiconductor substrate
JPS60138937A (en) * 1983-12-27 1985-07-23 Toko Inc Substrate for integrated circuit
JPS61180449A (en) * 1985-02-05 1986-08-13 Toko Inc Dielectric-isolated semiconductor integrated circuit substrate and manufacture thereof
JPH11238793A (en) * 1997-12-12 1999-08-31 Texas Instr Inc <Ti> Porous silicon SiC patterning method
JP2000156484A (en) * 1998-07-29 2000-06-06 Texas Instr Inc <Ti> Porosity variable porous silicon insulator

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6437417B1 (en) * 2000-08-16 2002-08-20 Micron Technology, Inc. Method for making shallow trenches for isolation
AU2001248861A1 (en) * 2000-11-30 2002-06-11 Telephus, Inc. Fabrication method of selectively oxidized porous silicon (sops) layer and multi-chip package using the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS50141285A (en) * 1974-04-30 1975-11-13
JPS51279A (en) * 1974-06-18 1976-01-05 Matsushita Electric Industrial Co Ltd Handotaishusekikairokitaino seizohoho
JPS6094738A (en) * 1983-10-28 1985-05-27 Matsushita Electric Works Ltd Semiconductor substrate
JPS60138937A (en) * 1983-12-27 1985-07-23 Toko Inc Substrate for integrated circuit
JPS61180449A (en) * 1985-02-05 1986-08-13 Toko Inc Dielectric-isolated semiconductor integrated circuit substrate and manufacture thereof
JPH11238793A (en) * 1997-12-12 1999-08-31 Texas Instr Inc <Ti> Porous silicon SiC patterning method
JP2000156484A (en) * 1998-07-29 2000-06-06 Texas Instr Inc <Ti> Porosity variable porous silicon insulator

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012517698A (en) * 2009-02-06 2012-08-02 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Ion implanted substrate with capping layer and method

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